Estudo de catalisadores a base de Ni, Pd e Ce suportados em MCM-41 na oxidação parcial do metano

• Autor(a) principal: Oliveira, Otanéa Brito de
• Data de Publicação: 2009
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFBA
• Texto Completo: http://repositorio.ufba.br/ri/handle/ri/20283
• topic: Físico Química; Catalise; Catalisadores; Catalisadores ativos; Oxidação parcial do metano; Gás de sintese

A oxidação parcial do metano foi estudada sobre catalisadores Ni/MCM-41 modificados ou promovidos com Ce ou Pd. Foram sintetizados catalisadores Ni/MCM- 41 nos teores 5%, 10% e 20% de Ni, além das amostras Pd/MCM-41, Pd-Ni/MCM-41 e Ni/CeO2-MCM-41 com teores de Pd, Ni e Ce iguais a 1%, 10% e 10%, respectivamente. Todos os catalisadores foram caracterizados por DRX, FRX, DRS, XPS, MEV, medidas de área específica, TPR, TPSR, XANES e avaliados na oxidação parcial do metano por meio de testes catalíticos de longa duração. A peneira MCM-41 sintetizada apresentou elevado grau de ordenamento, estabilidade térmica e elevada área superficial específica. Os catalisadores suportados apresentaram a formação de fases do tipo óxidos, segundo análises de DRX, XPS e DRS. Os ensaios de TPR-H2 e TPSR-CH4 indicaram que teores mais elevados de Ni conduzem a temperaturas de redução maiores, provavelmente devido a maior quantidade de espécies de Ni presentes. A introdução de Ce, entretanto, não provocou alterações nas temperaturas de redução das espécies presentes, indicando que não houve modificações eletrônicas significativas nas propriedades do Ni. As amostras de Pd, entretanto, apresentaram picos de redução em 46ºC, atribuídos a redução de espécies de Pd, assim como a formação de hidretos de Pd; além disto, notou-se a presença de picos negativos, atribuídos a decomposição dos hidretos formados. O Pd atuou como promotor eletrônico favorecendo a redução das espécies de Ni e a formação de gás de síntese em temperaturas mais baixas do que a amostra Ni/MCM-41. Os ensaios de quimissorção de H2 indicaram que a presença de Pd ou Ce em catalisadores Ni/MCM- 41 favoreceram um aumento da área e dispersão metálicas e conseqüentemente, diminuição.do tamanho de partícula. Os experimentos de TPSR-CH4 com amostras pré oxidadas e reduzidas indicaram que sobre catalisadores de Ni a fase metálica é a ideal para promover a OPM, entretanto, sobre o catalisador bimetálico a coexistência entre fases metálica e oxida conduzem, em regime transiente, a OPM. Os experimentos de TPSR acompanhados por XANES indicaram que a presença de Pd ou Ce inibe a reoxidação das espécies de Ni durante a reação catalítica, favorecendo a presença in situ de Ni no estado metálico. Os testes catalíticos indicaram que os catalisadores Ni/MCM-41 apresentaram elevadas conversões a CH4 e seletividades a gás de síntese indicando serem catalisadores promissores a serem usados na OPM. A adição de cério aumentou a estabilidade, durante o tempo do teste, do catalisador modificado em relação ao Ni/MCM-41, provavelmente devido a oxidação de espécies de carbono depositadas sobre a superfície catalítica.. Entretanto, há indícios de que a interação Ni--Ce conduziu o mecanismo catalítico a ocorrência de reações paralelas a OPM, de forma mais intensa do que no Ni/MCM-41, diminuindo a seletividade a H2. O catalisador de Pd não foi ativo na reação, segundo testes catalíticos, mas de acordo com TPSR, este material conduziu a formação de gás de síntese em temperaturas mais baixas do que o Ni/MCM-41. Inferiu-se, então que as espécies catalíticas, durante o tests catalítico, podem ter sofrido reações in situ, formando outras, não tão ativas na OPM. Oo catalisador bimetálico apesar de favorecer a formação de gás de síntese em baixas temperaturas, apresentou maior tendência a ocorrência de reações paralelas, especialmente, reações de hidrogenação com provável formação de substâncias, não acompanhadas durante os testes. Os valores de TOF indicam de que as interações Pd—Ni e Ni—CeO2, nos catalisadores Pd-Ni/MCM-41 e Ni/CeO2-MCM-41 conduziram a formação de espécies catalíticas menos ativas na OPM do que aquelas existentes no catalisador Ni/MCM-41.